DE69600998T2

DE69600998T2 - Verfahren und vorrichtung zur trennung von nicht löslichen teilchen aus einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE69600998T2
Application number: DE69600998T
Authority: DE
Inventors: Reneau Breakeyville Quebec G0S 1E1 Dufour
Original assignee: Traitements des Eaux Poseidon Inc
Current assignee: Traitements des Eaux Poseidon Inc
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: ES2126390T3; GB9505891D0; CA2172336A1; KR19980702628A; CA2172336C; BR9607800A; EP0814885A1; WO1996029134A1; CN1089017C; EP0814885B1; DE69600998D1; AU694326B2; AU4935196A; US5662804A; KR100404716B1; JP3331219B2; ATE173411T1; MX9707177A; CN1179113A; JPH11502761A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

a) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Flüssigkeit, das in Suspension nichtlösliche Teilchen enthält, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die im folgenden "Klärvorrichtung" genannt wird, um dieses Verfahren auszuführen.
In der folgenden Beschreibung wird fast nur Abwasser als Beispiel für eine Flüssigkeit mit nichtlöslichen Teilchen genannt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Behandlung von Abwasser beschränkt, sie kann auch dazu verwendet werden, jede andere Art von Flüssigkeit zu behandeln, um aus dieser feste Teilchen zu entfernen, die sich in Suspension befinden. Solche anderen Flüssigkeiten können Erdöl, Öl, Chemikalien usw. sein.

b) Kurze Beschreibung des Standes der Technik

Es ist in vielen Industriebetrieben, besonders in der Zellstoff- und Papierindustrie, üblich, das Abwasser zu behandeln, das in den Anlagen entsteht, um die nichtlöslichen Teilchen abzuscheiden, die sich in Suspension darin befinden können, bevor das Abwasser abgegeben oder recycelt wird.
Gewöhnlich erfolgt die Behandlung in einer oder mehreren Vorrichtungen, die "Klärvorrichtungen" oder "Luftaufschwimmeinheiten" genannt werden. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, die mit "Stand der Technik" bezeichnet ist, umfassen die bekannten Klärvorrichtungen einen Tank 1, in den die zu behandelnde Flüssigkeit durch eine Zuleitung 3 eingeführt wird. Ein Teil der durch die Leitung 3 laufenden Flüssigkeit wird daraus über eine Leitung 4 entnommen und mit Luft oder einem anderen Gas unter Druck gesättigt, bevor sie mittels einer Pumpe 5 wieder in die Zuleitung eingeführt wird. Alternativ wird ein Teil der geklärten Flüssigkeit, die den Tank 1 verläßt, über eine Leitung 4' am Auslaß entnommen und mit Luft gesättigt, bevor sie in die durch die Leitung 3 zugeführte Flüssigkeit eingeführt und damit vermischt wird. In jedem Fall erfährt die mit Luft gesättigte Flüssigkeit eine Druckverringerung, sobald sie die Leitung 3 verläßt, durch die im Tank Gasblasen mit einigen Mikrometern entstehen. Diese Mikroblasen bleiben an den in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen hängen und bilden "Flocken", die schwimmfähig sind, so daß eine schwimmende Schlammschicht 7 entsteht, die mechanisch mit einer Abstreifeinrichtung 9 vom Tank abgestreift wird. Die verbleibende, "geklärte" Flüssigkeit wird über eine Anzahl von Flüssigkeitsauslässen 11 aus dem Tank entfernt, die sich in einem Rohr befinden, das in der Nähe des Bodens des Tanks verläuft.
Um die Wirksamkeit der Klärvorrichtung zu erhöhen, ist es üblich, eine Anzahl von schräg nach oben verlaufenden Platten oder Prallblechen 13 parallel zueinander im Tank anzubringen, um diesen in eine Anzahl schräg nach oben geneigte Kanäle aufzuteilen mit oberen Enden, die sich knapp unter der schwimmenden Schlammschicht 7 befinden, und mit unteren Enden, die sich in der Nähe der Flüssigkeitsauslässe 11 befinden oder sich direkt in diese öffnen. Eine solche Aufteilung der dem Tank zugeführten Flüssigkeit in eine Anzahl von getrennten Kanälen erhöht die Oberflächenseparation der Klärvorrichtung und verringert das Verhältnis von Fluß zur Oberfläche (auch "Überströmrate" genannt) in der Klärvorrichtung, wodurch die Abscheidung der Teilchen begünstigt wird.
Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, daß in jedem Kanal, der durch zwei Platten gebildet wird, das heißt durch eine "obere" Platte und eine "untere" Platte, die sich beide unter dem gleichen schrägen Winkel erstrecken, die kleinen Teilchen, die von den Mikroblasen mitgenommen werden, ausreichend Zeit haben, sich zu der oberen Platte zu bewegen und dann an dieser oberen Platte "entlangzugleiten", während sie sich zu größeren Teilchen zusammenballen. Gleichzeitig kann sich die Flüssigkeit langsam nach unten zum Auslaß 11 bewegen. Diese Gegenstrombewegung in jedem Kanal wird schematisch in einem der Kanäle mit Punkten, die die Teilchen darstellen, und mit Pfeilen dargestellt, die in der Fig. 1 mit "A" bezeichnet sind.
Um die Wirksamkeit der Klärvorrichtung zu erhöhen, ist es auch üblich, der dem Tank zugeführten Flüssigkeit polymere Additive zuzufügen, damit sich die Teilchen zu größeren Teilchen zusammenballen und dadurch das Aufschwimmen besser wird.
Die existierenden Klärvorrichtungen sind im Gebrauch recht wirkungsvoll, sie werden für die Behandlung von Abwasser verwendet, das 1% und mehr an suspendierten Teilchen enthält, mit einer Entfernung von etwa 10 bis 80 kg Teilchen pro m² und Stunde.
Die bestehenden Klärvorrichtungen haben jedoch auch Nachteile. Sie benötigen zum einen wegen ihrer "horizontalen" Struktur viel Platz, weshalb sie nur mit Schwierigkeiten in vorhandenen Anlagen untergebracht werden können.
Außerdem ist, wie groß die Menge und der Druck der in das Abwasser vor dessen Einführen in den Tank injizierten Luft auch immer ist, die Erzeugung der Mikroblasen im Tank nur sehr schwer zu kontrollieren und einzustellen, da eine schnelle und plötzliche Druckverringerung erfolgt, sobald das Abwasser an einem Ende davon in den Tank eintritt, weshalb die meisten Luftblasen an diesem Ende erzeugt werden und sich nach oben bewegen, ohne daß notwendigerweise Teilchen daran hängenbleiben, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad der Klärvorrichtung verringert.
Das am 28. August 1973 an KURITA WATER INDUSTRIES, LTD. ausgegebene US-Patent Nr. 3 754 656 beschreibt eine Klärvorrichtung für die Behandlung von Abwasser mit einem Tank, der eine Anzahl von vertikal beabstandeten Platten enthält, die sich unter einem Winkel erstrecken und die eine Anzahl von parallelen Kanälen bilden. Jeder Kanal ist in der Nähe des oberen Endes mit einem Einlaß für das zu behandelnde Abwasser und in der Nähe des unteren Endes mit einem Auslaß für das behandelte Wasser versehen. Gemäß einem sehr wichtigen Aspekt der in diesem Patent beschriebenen Erfindung muß jeder Kanal seinen eigenen Abwassereinlaß haben, und die Bläschen, die vom Abwasser in den unteren Kanälen abgetrennt werden, werden vorzugsweise daran gehindert, in die oberen Kanäle zu fließen und in diese einzutreten.
Abgesehen davon, daß die sehr spezielle Positionierung eines Abwassereinlasses an der Oberseite der Kanäle die Größe des oberen Endes jedes Kanals und den für die Bewegung der Bläschen aus diesem verbleibenden Raum wesentlich verringert, ist die Einführung von mit unter Druck stehendem Gas versehenen Abwasser an der Oberseite der Kanäle im Vergleich zu der Einführung des Abwassers an der Unterseite des Tanks wenig effektiv. Die Einführung des Abwassers am Boden des Tanks, wo die Wassersäule am höchsten ist, würde es ermöglichen, auf eine viel bessere Art die Erzeugung und die Größe der Mikroblasen aus Gas zu stabilisieren, wodurch sich die Leistungsfähigkeit der Klärvorrichtung verbessern und es möglich würde, die Menge an polymeren Additiven zu verringern, die zur Erhöhung des Ausflockungsmechanismusses erforderlich ist. Darüberhinaus würde es die Tatsache, daß die Mikroblasen am Boden des Tanks erzeugt werden und sich über die ganze Höhe des Tanks nach oben bewegen, ermöglichen, die Konzentration und Verteilung der Mikroblasen zu verbessern und damit die Möglichkeit, daß die Blasen (i) mit nichtlöslichen Teilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, in Kontakt kommen, (ii) an diesen hängenbleiben und (iii) sie hochheben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klärvorrichtung für die Behandlung einer Flüssigkeit mit suspendierten nichtlöslichen Teilchen zu schaffen, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, die dank ihrer Form und ihres Aufbaus am Boden nur eine Fläche belegt, die 50% oder weniger groß ist als die jeder bekannten Klärvorrichtung der gleichen Kapazität, auch wenn die Wassergeschwindigkeit in der Klärvorrichtung die gleiche oder geringer ist als in den bekannten Klärvorrichtungen.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klärvorrichtung zu schaffen, mit der viel mehr Mikroblasen einer erforderlichen Größe bei der gleichen Menge an injizierter Luft erhalten werden, um die Wahrscheinlichkeit des Kontakts zwischen den Teilchen und den Luftblasen zu erhöhen.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klärvorrichtung der obigen Art zu schaffen, mit der bei der gleichen Menge von polymeren Additiven viel mehr Teilchen gesammelt und entfernt werden als mit den bekannten Klärvorrichtungen.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch eine Klärvorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit, die in Suspension nichtlösliche Teilchen enthält, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, wobei die Klärvorrichtung umfaßt
- einen Tank von vorgegebener Höhe mit einem oberen Abschnitt, einem Bodenabschnitt und Seitenwänden;
- eine Vielzahl von Platten, die sich im Tank unter einem Winkel erstrecken, wobei die Platten einen Satz aufwärts geneigter Kanäle festlegen, die jeweils ein offenes oberes Ende und ein unteres Ende aufweisen, wobei die offenen oberen Enden aller Kanäle einen Abstand zu den Seitenwänden des Tanks haben und offen bleiben;
- einer Zuführeinrichtung zum ausschließlichen Zuführen der zu behandelnden Flüssigkeit in den Bodenabschnitt des Tanks, wobei die Zuführeinrichtung aus wenigstens einer Zuleitung besteht, die sich im Bodenabschnitt des Tanks befindet und so unter der Vielzahl von Platten angeordnet ist, daß die dem Tank zugeführte Flüssigkeit in Kontakt mit der unteren Platte der Vielzahl von Platten kommen kann und dann nach oben längs der Seitenwände des Tanks strömt und in die Kanäle durch deren offene Enden gelangt;
- eine Injektionseinrichtung zum Einleiten von Gas unter Druck in einen Teil der Flüssigkeit, die von der Zuführeinrichtung geliefert wird, um die Flüssigkeit mit dem Gas zu sättigen und so Gasblasen zu erzeugen, wenn die gesättigte Flüssigkeit innerhalb des Tanks einer Druckminderung ausgesetzt ist, wobei die so erzeugten Gasblasen an den in Suspension befindlichen Teilchen in der Flüssigkeit hängen bleiben und diese anheben, um eine schwimmende Schlammschicht im oberen Abschnitt des Tanks zu bilden;
- eine Abstreifeinrichtung im oberen Abschnitt des Tanks zum Abstreifen der Schlammschicht, während sie sich bildet; und
- einen Flüssigkeitsauslaß, der innerhalb des unteren Endes jedes Kanals befestigt ist, um die im Tank behandelte Flüssigkeit zu sammeln und zu entfernen.
Vorteilhaft kann in den Flüssigkeitsauslaß ein Sieb integriert sein, um die im Tank gesammelte Flüssigkeit zu filtrieren.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Behandeln einer Flüssigkeit, die in Suspension nichtlösliche Teilchen enthält, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, das wirksamer ist als das bekannte Verfahren. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte
- des Vorsehens eines Tanks von vorgegebener Höhe mit einem oberen Abschnitt, einem Bodenabschnitt, Seitenwänden und einer Vielzahl innerer Platten, die sich im Tank in einem Winkel erstrecken, wobei die Platten einen Satz aufwärts geneigter Kanäle festlegen, die jeweils ein offenes oberes Ende und ein unteres Ende besitzen, wobei die offenen oberen Enden aller Kanäle einen Abstand von den Seitenwänden des Tanks haben und offen bleiben;
- des Einleitens eines Gases unter Druck in Teile der zu behandelnden Flüssigkeit, um die Flüssigkeit mit dem Gas zu sättigen;
- des ausschließlichen Zuführens der gasgesättigen Flüssigkeit in den Bodenabschnitt des Tanks über wenigstens eine Zuleitung, die im Bodenabschnitt des Tanks unter der Vielzahl von Platten angeordnet ist, so daß die dem Tank zugeführte Flüssigkeit in Kontakt mit der unteren Platte der Vielzahl von Platten kommen kann, dann nach oben längs der Seitenwände des Tanks strömt und in die Kanäle über deren offene Enden gelangt, wobei die so in den Bodenabschnitt des Tanks über die wenigstens eine Zuleitung zugeführte Flüssigkeit einer Druckminderung ausgesetzt ist, wodurch Gasblasen erzeugt werden, die an den sich in Suspension in der Flüssigkeit befindenden Teilchen kleben und diese anheben, um eine schwimmende Schlammschicht im oberen Abschnitt des Tanks zu bilden;
- des Abstreifens der Schlammschicht, während sie sich im oberen Abschnitt des Tanks bildet; und
- des Sammelns und Entfernens der im Tank behandelten Flüssigkeit am unteren Ende jedes Kanals.
Vorteilhaft erfolgt die Zuführung über eine Düse, die sich unter den inneren Platten befindet, so daß die zu behandelnde Flüssigkeit einer kontrollierten Druckminderung ausgesetzt ist und gegen die untere Platte prallen kann, die an den Bodenabschnitt des Tanks angrenzt.
Das Verfahren kann vorteilhaft die folgenden weiteren Verfahrensschritte umfassen:
- Auswählen einer optimalen Überströmrate zur Behandlung, abhängig von der zu behandelnden Flüssigkeit; und
- Variieren der Anzahl der Platten innerhalb des Tanks von einer vorgegebenen Größe, um die ausgewählte optimale Überströmrate zu erzielen.
Unter "Überströmrate" ist das Verhältnis des Durchflusses (in m³/h ausgedrückt) zur gesamten Trennfläche (in m² ausgedrückt) zu verstehen. Je größer die Trennfläche ist (d. h. je größer die Anzahl der Platten ist), um so kleiner ist die Überströmrate.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung und ihre Vorteile gehen besser aus der folgenden, nicht einschränkenden allgemeinen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
Fig. 1, die mit "Stand der Technik" bezeichnet ist, eine schematische Schnittdarstellung einer der kompaktesten Klärvorrichtungen, die gegenwärtig im Handel verfügbar ist;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des grundlegenden Aufbaus einer erfindungsgemäßen Klärvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Klärvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung, im Längsschnitt, einer Klärvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine Schnittansicht, im Querschnitt, der Klärvorrichtung der Fig. 4, gesehen längs der Linie V-V.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Die in der Fig. 2 gezeigte Klärvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die gleichen Grundaufbauelemente auf wie die bekannte Klärvorrichtung der Fig. 1.
Wie die bekannte Klärvorrichtung umfaßt sie daher
- einen Tank 101, in den die zu behandelnde Flüssigkeit durch eine Zuleitung 103 eingeführt wird;
- eine (nicht gezeigte) Abzweigleitung, die mit der Leitung 103 verbunden ist und die zu einer Pumpe 105 führt, in der Luft unter Druck in die abgezweigte Flüssigkeit injiziert wird, bevor diese Flüssigkeit zur Zuleitung zurückgeführt wird, oder, wie es gezeigt ist, eine Abzweigleitung 104', die mit dem Auslaß für das geklärte Wasser verbunden ist und die zum gleichen Zweck wie vorher zu der Pumpe 105 führt;
- eine Anzahl von Platten 113, die sich unter einem Winkel im Tank erstrecken und die einen Satz von nach oben geneigten Kanälen bilden;
- Flüssigkeitsauslässe 111 an den unteren Enden der Kanäle; und
- eine Abstreifeinrichtung 109 zum Entfernen des Schlammes 107, der auf dem Tank oben schwimmt.
Die einzigen, jedoch wichtigen Unterschiede zwischen der bekannten Klärvorrichtung und der erfindungsgemäßen Klärvorrichtung der Fig. 2 sind,
- daß sich der Tank 101 vertikal anstatt horizontal erstreckt;
- daß sich als Ergebnis dieser "Orientierung" des Tanks die Zuleitung 103 am Boden des Tanks 101 befindet und nicht an einer Seitenwand davon;
- daß sich die Platten 113 parallel zueinander eine über der anderen über die Höhe des Tanks erstrecken und nicht parallel zueinander über die Länge des Tanks;
- daß die Abstreifeinrichtung 109 an der Oberseite des Tanks der Zuleitung 103 gegenüberliegt und nicht an die Zuleitung angrenzt; und
- daß der Bodenabschnitt 115 des Tanks 101, in den sich die Zuleitung 103 öffnet, oder alternativ der Auslaß der Zuleitung selbst nach oben und außen verjüngt, um eine Düse zu bilden.
Durch diese strukturellen Unterschiede ist aus den folgenden Gründen die erfindungsgemäße Klärvorrichtung viel besser als jede bekannte Klärvorrichtung mit der gleichen Kapazität:
Zuerst einmal verringert die vertikale Orientierung des Tanks 101 (gemäß der US-A-3 754 656) die Oberfläche, die dieser auf dem Grund belegt. Dies ist ein sehr wichtiger Vorteil.
Zweitens erfolgt die Einführung des Abwassers (oder der zu behandelnden Flüssigkeit) am Boden des Tanks 101, wo die Wassersäule am höchsten ist. Auch bildet die Form des Bodenabschnittes 115 des Tanks eine Art "Düse". Beide Merkmale erlauben eine viel bessere Kontrolle der Erzeugung und der Größe der Mikroblasen aus Gas. Das heißt, daß im Vergleich mit der bekannten Klärvorrichtung der sich aus der Einführung des Abwassers am Boden des Tanks ergebende Rückdruck und die Form des Bodenabschnittes des Tanks (oder des Auslasses der Zuleitung) eine bessere Kontrolle der Erzeugung der Mikroblasen der geforderten Größe für die gleiche Menge an injizierter Luft ermöglichen, wodurch es möglich ist, die Menge und entsprechend die Kosten an bzw. für die polymeren Additive zu verringern, die oft erforderlich sind, um den Flockenbildungsmechanismus zu verbessern.
Drittens erhöht die Tatsache, daß die Mikroblasen am Boden des Tanks erzeugt werden und sich über die ganze Höhe des Tanks nach oben bewegen, wesentlich die Konzentration und Verteilung der Mikroblasen und damit die Möglichkeit für die Blasen, mit in der Flüssigkeit suspendierten nichtlöslichen Teilchen in Kontakt zu kommen, an diesen hängenzubleiben und sie hochzubefördern.
Viertens erhöht auch die Tatsache, daß der Fluß der injizierten Flüssigkeit und der Mikroblasen auf die untere Platte 113 der Klärvorrichtung, die sich gerade über der Zuleitung 103 befindet, gerichtet ist und auf diese auch trifft, die "Möglichkeit" für die Gasblasen und/oder die nichtlöslichen Teilchen, aneinander hängen zu bleiben und schwimmfähig zu werden.
Fünftens wird wiederum aufgrund der Tatsache, daß die Mikroblasen am Boden des Tanks erzeugt werden und der Tank im Vergleich zu den Tanks der bekannten Klärvorrichtungen eine erheblich kleinere Oberfläche hat, das Aufschwimmen und Abstreifen der Schlammschicht auf der Klärvorrichtung wesentlich verbessert, da sich diese Schlammschicht durch die verringerte Oberfläche über die ganze Oberfläche auf dem Tank erstreckt und viel dicker ist. Darüberhinaus gibt es im Gegensatz zu den meisten existierenden Klärvorrichtungen unter der Schlammschicht keinen Flüssigkeits-Querstrom, der das Aufschwimmen des Schlammes stören kann.
Sechstens kann die Duchflußrate der Klärvorrichtung durch Vergrößern der Höhe des Tanks und der Anzahl von Platten in diesem erhöht werden, ohne daß sich die Oberfläche ändert, die auf dem Boden in Anspruch genommen wird.
Schließlich ist die Tatsache kritisch, daß sich die Mikroblasen und die daran haftenden festen Teilchen durch einen eingeschränkten Durchgang zwischen den Seitenwänden des Tanks und den oberen Rändern der Platten 113 nach oben bewegen, da die Mikroblasen und Teilchen damit eine Art vertikalen Vorhang "C" bilden, der als Filter für die Flüssigkeit wirkt, die an den oberen Rändern der Platten nach unten "umbiegt" und sich zu den Flüssigkeitsauslässen 111 hin bewegt.
Alle diese strukturellen Merkmale zusammen bewirken, daß die erfindungsgemäße Klärvorrichtung viel leichter zu installieren und zu gebrauchen ist und viel effizienter ist als die bekannten Klärvorrichtungen, die gegenwärtig im industriellen Maßstab angewendet werden.
Die erfindungsgemäße Klärvorrichtung, wie sie in der Fig. 2 gezeigt ist, kann unter dem industriellen Standpunkt viele praktische Formen annehmen.
Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Klärvorrichtung nach einer ersten bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung.
Diese Klärvorrichtung umfaßt einen vertikalen Tank 201, in der eine Anzahl von Trichtern 212, 212', 212" ... übereinandergestapelt ist. Wie gezeigt haben die Trichter die gleiche Form und sind im Tank zentral angebracht. Sie haben den gleichen Öffnungswinkel, der vorzugsweise gleich 90º ist, und eine Querschnittsform, die vorzugsweise ähnlich der des Tanks 201 ist. Wenn der Tank im horizontalen Querschnitt rund ist, sind daher auch die Trichter im horizontalen Querschnitt rund. Wenn der Tank im horizontalen Querschnitt rechteckig ist, sind auch die Trichter im horizontalen Querschnitt rechteckig.
In den Bodenabschnitt 215 des Tanks 201 öffnet sich eine Zuleitung 203, die so geformt ist, daß sie einen horizontalen Querschnitt und einen Öffnungswinkel hat, der jeweils dem des Trichters 212 gerade darüber ähnlich ist. Eine Pumpe 205 injiziert Luft oder ein anderes Gas unter Druck in einen Teil der Flüssigkeit, der über eine Leitung 204 von der Zuleitung 203 abgeleitet wird. Die abgeleitete Flüssigkeit wird wieder in die Zuleitung eingeführt, die in den Tank 201 führt.
Die Wände der Trichter 212, 212', 212" ... entsprechen den oben erwähnten Platten oder Prallblechen, sie bilden zusammen einen entsprechenden Satz von geneigten Kanälen, deren obere Enden von den Seitenwänden des Tanks 201 einen geringen Abstand haben und deren untere Ende an den Spitzen der Trichter liegen.
Es sind Sammelrohre 217, 217', 217" ... vorgesehen, um die schweren Teilchen zu sammeln, die bei der Behandlung hochgehoben werden und in die Trichter fallen. Wie gezeigt, steht jedes Sammelrohr 217 von der Spitze des jeweiligen Trichters 212 nach unten vor. Vorzugsweise sind diese Sammelrohre koaxial montiert und führen zum gleichen Ausgang 219, der durch ein Ventil verschlossen ist.
Es sind auch Flüssigkeitsauslässe 211, 211', 211" ... vorgesehen, um die Flüssigkeit zu sammeln und aus dem Tank zu entfernen, die in diesem behandelt wurde. Diese Auslässe sind jeweils an den Spitzen der Trichter angebracht, das heißt an den unteren Enden der geneigten Kanäle, die diese Trichter bilden, und über den Sammelrohren. Jeder Flüssigkeitsauslaß 211 öffnet sich vorzugsweise in einen an den Tank angrenzenden Behälter 219 und ist mit einer Durchflußsteuereinrichtung wie einem Steuerventil oder einer Gleithülse 221 versehen, die nach oben und unten bewegt werden kann, um die Höhe der Flüssigkeit im Tank einzustellen und um wahlweise den Ausfluß der durch den Auslaß 211 in den Behälter abfließenden Flüssigkeit zu steuern, und zwar einfach durch Einstellen der Höhe der Wassersäule über dem Auslaß. Dadurch kann die Durchflußrate im jeweiligen Kanal eingestellt werden.
Natürlich ist auch eine Abstreifeinrichtung 209 auf dem Tank vorgesehen, um die Schlammschicht abzustreifen, die sich bildet. Die Abstreifeinrichtung kann von beliebiger Art sein.
Im Gebrauch wird Gas in einen Teil der Flüssigkeit injiziert, die in den Tank 201 eingeführt wird. Den Flüssigkeiten können auch polymere Additive, das heißt Flockenmittel, hinzugefügt werden. Die Mischung wird am Boden des Tanks durch die Zuleitung 203 zugeführt.
Wenn die Mischung in den Tank eintritt, wird das komprimierte, gelöste Gas darin freigesetzt und erzeugt Gas-Mikroblasen. Durch die Düsenform des Bodenabschnitts 215 des Tanks erfolgt die Freisetzung gut kontrolliert. Die so erzeugten Mikroblasen setzen sich an die nichtlöslichen Teilchen in der Flüssigkeit an und heben diese zur angrenzenden Bodenfläche des untersten Trichters 212. Die Teilchen gleiten an dieser Bodenfläche entlang und bewegen sich dann wie ein Vorhang "c", bis sie an der Oberfläche sind.
Während sie sich an den Seitenwänden des Tanks entlangbewegt, trennt sich die Mischung und tritt in die Kanäle ein, die von den aufeinandergestapelten Trichtern 212, 212', 212" ... gebildet werden, wie es mit den Pfeilen in der Fig. 3 angezeigt ist.
Während die Flüssigkeit nach unten zur Spitze eines jeden Trichters fließt, erfolgt an der benachbarten Bodenflächen des unmittelbar darüber befindlichen Trichters eine weitere Abschneidung der darin noch enthaltenen Teilchen. Die Teilchen gleiten dieser Bodenfläche entlang, bis sie den äußeren Umfang des Trichters erreichen. Im Falle des oberen Trichters 212" werden die Teilchen direkt zu der Oberfläche des Tanks hochgehoben.
Die Flüssigkeit fließt zum Boden eines jeden Trichters und wird über die Flüssigkeitsauslässe 211, 211', 211" ... gesammelt.
Die Sammelrohre 217, 217', 217" ... die sich am Boden der Trichter öffnen, ermöglichen es den verbleibenden, dichteren Teilchen, herabzusinken und im Rohr 217 gesammelt zu werden, das vom Boden des untersten Trichters 212 vorsteht.
Die sehr stabile Schlammschicht, die sich an der Oberfläche des Tanks 2 bildet, wird wie bekannt abgestreift. Um den Trocken- Feststoffgehalt dieser Schlammschicht zu erhöhen, kann unter der Abstreifeinrichtung 209 ein Luftdiffusor 223 angebracht werden, der permanent Luft oder eine luftgesättigte Flüssigkeit unter die Schlammschicht bläst.
Die Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen einer Klärvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung.
Diese Klärvorrichtung umfaßt einen länglichen Tank 301, in dem sich eine Anzahl von länglichen Wannen 312, 312', 312" ... über die volle Länge des Tanks erstreckt, die übereinander gestapelt sind. Die Wannen haben alle die gleiche Form, sie sind im Tank zentral angeordnet, gesehen von der Querseite (vgl. Fig. 5). Sie besitzen den gleichen Öffnungswinkel.
In den Bodenabschnitt des Tanks 301 gerade unter der untersten Wanne 312 öffnet sich eine Anzahl von Zuleitungen 303. Der Auslaß 304 einer jeden Zuleitung 303 ist als Düse geformt, um die Ausbildung und Erzeugung von Mikroblasen im Tank zu kontrollieren. Natürlich ist auch eine Pumpe (nicht gezeigt) zur Injektion eines Gases, vorzugsweise Luft, in einen Teil der Flüssigkeit vorgesehen, bevor diese durch die Zuleitungen 303 in den Tank eintritt.
Wie bei den vorstehenden Ausführungsformen entsprechen die Wände der Wannen 312, 312', 312" ... den oben erwähnten Platten oder Prallblechen und bilden zusammen einen entsprechenden Satz von geneigten Kanälen, die zueinander symmetrisch sind (vgl. Fig. 5) und die ein gemeinsames unteres Ende haben, in das sich gemeinsame Flüssigkeitsauslässe 311, 311', 311" ... in der Form von geraden Röhren erstrecken, die zu einem gemeinsamen Auslaß 310 führen.
Wie in der Fig. 5 gezeigt, können nahe an den Zuleitungen 303 zusätzliche geneigte Prallbleche 321 vorgesehen werden, um die eingeführte Flüssigkeit in Ströme aufzuteilen, bevor sie beginnt, sich auf den beiden Seiten des Tanks 301 längs der oberen Enden der Kanäle nach oben zu bewegen.
Auf dem Tank 301 ist eine Abstreifeinrichtung 309 bekannter Art angebracht, um die sich bildende Schlammschicht abzustreifen.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die erste.
Die Ergebnisse von Experimenten, die in einer Zellstoff- und Papierfabrik mit einer Klärvorrichtung wie in der Fig. 3 gezeigt ausgeführt wurden, haben gezeigt, daß die Menge an Abwasser, die behandelt werden kann, bei der gleichen Fläche, die die Klärvorrichtung auf dem Boden belegt, wesentlich höher ist. Das heißt, daß die Behandlungsrate pro belegter Bodenfläche mit der Klärvorrichtung der Fig. 3 gleich etwa 22 m³/m²/h war, verglichen mit 13 bis 14 m³/m²/h mit der Kompakt-Klärvorrichtung der Fig. 1. Die Feststofflast betrug etwa 150 kg/m²/h im Vergleich zu 70 kg/m²/h. Die Tests erfolgten mit dem jeweils gleichen Abwasser aus einer Deinking-Anlage und mit dem jeweils gleichen Verbrauch an chemischen Additiven.
Mit der erfindungsgemäßen Klärvorrichtung ist damit die Behandlungskapazität für Abwasser bezüglich der behandelbaren Durchflußmenge und der Menge an entfernten suspendierten Teilchen um wenigstens 50% im Vergleich zu den existierenden Kläranlagen für die gleiche Bodenfläche größer.
Des weiteren ermöglicht es die Erfindung, die Trennfläche oder die Durchflußrate zu erhöhen, ohne daß sich die dazu erforderliche Bodenfläche der Anlage erhöht, wobei die Geschwindigkeit des Abwassers in der Klärvorrichtung im Vergleich zu den bekannten Klärvorrichtungen auf dem gleichen oder einem geringeren Wert gehalten wird.

Claims

1. Klärvorrichtung für das Behandeln einer Flüssigkeit, die in Suspension nichtlösliche Teilchen enthält, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, wobei die Klärvorrichtung umfaßt

einen Tank (101, 201, 301) von vorgegebener Höhe mit einem oberen Abschnitt, einem Bodenabschnitt und Seitenwänden;

eine Vielzahl von Platten (113, 212, 312), die sich übereinander im Tank unter einem Winkel erstrecken, wobei die Platten einen Satz aufwärts geneigter Kanäle festlegen, die jeweils ein offenes oberes Ende und ein unteres Ende aufweisen, wobei die offenen oberen Enden aller Kanäle einen Abstand zu den Seitenwänden des Tanks haben und offen bleiben;

einer Zuführeinrichtung (103, 203, 303) zum ausschließlichen Zuführen der zu behandelnden Flüssigkeit in den Bodenabschnitt des Tanks, wobei die Zuführeinrichtung aus wenigstens einer Zuleitung (103, 203, 303) besteht, die sich im Bodenabschnitt des Tanks befindet und so unter der Vielzahl von Platten (113, 212, 312) angeordnet ist, daß die dem Bodenabschnitt des Tanks zugeführte Flüssigkeit in Kontakt mit der unteren Platte der Vielzahl von Platten kommen kann und dann längs der Seitenwände des Tanks nach oben strömt und in die Kanäle durch deren offene obere Enden eintritt;

eine Injektionseinrichtung (105, 205) zum Einleiten von Gas unter Druck in wenigstens einen Teil der Flüssigkeit, die von der Zuführeinrichtung geliefert wird, um die Flüssigkeit mit dem Gas zu sättigen und so Gasblasen zu erzeugen, wenn die gesättigte Flüssigkeit innerhalb des Tanks einer Druckminderung ausgesetzt ist, wobei die so erzeugten Gasblasen an den in Suspension befindlichen Teilchen in der Flüssigkeit hängen bleiben und diese vom Bodenabschnitt des Tanks anheben, um eine schwimmende Schlammschicht im oberen Abschnitt des Tanks zu bilden;

eine Abstreifeinrichtung (109, 209, 309) im oberen Abschnitt des Tanks zum Abstreifen der Schlammschicht, während sie sich bildet; und

einen Flüssigkeitsauslaß (111, 211, 311), der innerhalb des unteren Endes jedes Kanals befestigt ist, um die im Tank behandelte Flüssigkeit zu sammeln und zu entfernen.

2. Klärvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten so befestigt und verbunden sind, daß eine Vielzahl von nach oben offenen Wannen (212, 312) gebildet wird, die im Tank übereinanderge stapelt sind, wobei jedes Paar von übereinander liegenden Wannen einen der Kanäle festlegt.

3. Klärvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank einen vorgegebenen horizontalen Querschnitt aufweist, und daß die Wannen (212) in Form identischer Trichter (Fig. 3) mittig innerhalb des Tanks positioniert sind, wobei die Trichter jeweils denselben horizontalen Querschnitt und denselben Öffnungswinkel aufweisen.

4. Klärvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenabschnitt (315) des Tanks (201) einen horizontalen Querschnitt mit derselben Form wie einer der in ihm positionierten Trichter (212) besitzt.

5. Klärvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenabschnitt (215) des Tanks (201) einen Öffnungswinkel aufweist, der genau einem der in ihm positionierten Trichter (212) entspricht, und daß die wenigstens eine Zuleitung (203) sich zur Spitze des Bodenabschnitts hin öffnet, wodurch der Bodenabschnitt eine Düse bildet.

6. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Sammelröhre (217) vorgesehen ist, die sich abwärts von der Spitze jedes Trichters (212) unterhalb des entsprechenden Flüssigkeitsauslasses erstreckt, um die schweren Teilchen zu sammeln, die während der Behandlung in den Trichter fallen können.

7. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene horizontale Querschnitt rechteckig ist.

8. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene horizontale Querschnitt rund ist.

9. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flüssigkeitsauslaß sich in einen Behälter (219) öffnet, der an den Tank angrenzt und mit einer Einrichtung (221) versehen ist, die den Ausfluß der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslaß in den Behälter anpaßt, wodurch eine Anpassung der Durchflußrate in den entsprechenden Kanälen möglich wird.

10. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein Luftdiffusor (223) vorgesehen ist, der sich unterhalb der Abstreifeinrichtung (209) im oberen Abschnitt des Tanks befindet, um Luft oder luftgesättigte Flüssigkeit unter die Schlammschicht einzuleiten und so den Trocken-Feststoffgehalt der Schlammschicht anzuheben.

11. Klärvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein in den Flüssigkeitsauslaß (111, 211, 311) integriertes Sieb vorgesehen ist, um die im Tank gesammelte Flüssigkeit zu filtrieren.

12. Verfahren zum Behandeln einer Flüssigkeit, die in Suspension nichtlösliche Teilchen enthält, um diese Teilchen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, mit den Verfahrensschritten:

Vorsehen eines Tanks (101, 201, 301) von vorgegebener Höhe mit einem oberen Abschnitt, einem Bodenabschnitt, Seitenwänden und einer Vielzahl innerer Platten (111, 212, 312), die sich übereinander im Tank in einem Winkel erstrecken, wobei die Platten einen Satz aufwärts geneigter Kanäle festlegen, die jeweils ein offenes oberes Ende und ein unteres Ende besitzen, wobei die offenen Enden aller Kanäle einen Abstand von den Seitenwänden des Tanks haben und offen bleiben;

Einleiten eines Gases unter Druck in Teile der zu behandelnden Flüssigkeit, um die Flüssigkeit mit Gas zu sättigen;

ausschließliches Zuführen der gasgesättigen Flüssigkeit in den Bodenabschnitt des Tanks über wenigstens eine Zuleitung (103, 203, 303), die unter der Vielzahl von Platten (111, 212, 312) angeordnet ist, so daß die dem Tank zugeführte Flüssigkeit in Kontakt mit der unteren Platte der Vielzahl von Platten (111, 212, 312) kommen kann, dann längs der Seitenwände des Tanks nach oben strömt und in die Kanäle über deren offene obere Enden gelangt, wobei die so in den Bodenabschnitt des Tanks über die wenigstens eine Zuleitung (103, 203, 303) zugeführte Flüssigkeit einer Druckminderung ausgesetzt ist, wodurch Gasblasen erzeugt werden, die an den sich in Suspension in der Flüssigkeit befindenden Teilchen kleben und diese vom Boden des Tanks anheben, um eine schwimmende Schlammschicht im oberen Abschnitt des Tanks zu bilden;

Abstreifen der Schlammschicht, während sie sich im oberen Abschnitt des Tanks bildet; und

Sammeln und Entfernen der im Tank behandelten Flüssigkeit am unteren Ende jedes Kanals.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung über eine Düse (115) erfolgt, die sich unter der unteren Platte befindet, so daß die zu behandelnde Flüssigkeit einer kontrollierten Druckminderung ausgesetzt ist und gegen die untere Platte prallen kann, die an den Bodenabschnitt des Tanks angrenzt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Verfahrensschritte:

Auswählen einer optimalen Überströmrate zur Behandlung, abhängig von der zu behandelnden Flüssigkeit; und

Variieren der Anzahl der Platten (111, 212, 312) innerhalb des Tanks von einer vorgegebenen Größe, um die ausgewählte optimale Überströmrate zu erzielen.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß weiter die Durchflußrate durch Erhöhen des Tanks und Vergrößern der Anzahl der Platten (111, 212, 312) angehoben wird, ohne die vom Tank (101, 201, 301) auf dem Boden in Anspruch genommene Oberfläche zu verändern.